(57)【要約】【課題】１入力−２出力型のＭＥＭＳによる光スイッチにおいて、２つの切換え光路の光路長その他の光学的条件を均等化し、光学的に同質の出射光を出力する小型の光スイッチの構造を提案する。【解決手段】基板上に、３つの光導波手段の端部が互いに平行に支持され、中央の光導波手段の端部が光スイッチの１つの入力ポートとされ、両側に隣接する２つの光導波手段の端部が第１及び第２の出力ポートとされ、入力ポートからの出射光は、その光路の入力ポートの端面から同一距離の位置に切換え挿入される第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーによって、第１の出力ポート側または第２の出力ポート側の何れかに切換え反射偏向され、第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーからの光は、第１の固定ミラー及び第２の固定ミラーで反射偏向され入力ポートからの出射光と平行かつ逆向きとされて第１及び第２の出力ポートに各結合する。【選択図】図１
2007114230.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、３つの光導波手段の端部が互いに平行に並列して支持され、そのうちの中央の光導波手段の端部が光スイッチの１つの入力ポートとされ、その両側に隣接する他の２つの光導波手段の端部が第１及び第２の出力ポートとされ、
前記入力ポートからの出射光は、その光路の入力ポートの端面から同一距離の位置に切換え挿入される第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーによって、それぞれ前記第１の出力ポート側または前記第２の出力ポート側に切換え反射偏向され、その第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーからの光は、それぞれ第１の固定ミラー及び第２の固定ミラーでさらに反射偏向され前記入力ポートからの出射光と平行かつ逆向きとされて前記第１及び第２の出力ポートに各結合する構成とされ、
前記第１の可動ミラーから前記第１の固定ミラーを経て前記第１の出力ポートに至る光路と、前記第２の可動ミラーから前記第２の固定ミラーを経て前記第２の出力ポートに至る光路とは、前記入力ポートの出射光の軸に関して対称に形成されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項２】
基板上に、３つの光導波手段の端部が互いに平行に並列して支持され、そのうちの中央の光導波手段の端部が光スイッチの１つの入力ポートとされ、その両側に隣接する他の２つの光導波手段の端部が第１及び第２の２つの出力ポートとされ、
前記入力ポートからの出射光は、その光路の入力ポートの端面から同一の距離の位置に切換え挿入される第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーによって、それぞれ前記第１の出力ポート側または前記第２の出力ポート側に切換え反射偏向され、その第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーからの光は、それぞれ第１の固定ミラー及び第２の固定ミラーでさらに反射偏向され前記入力ポートからの出力光と平行かつ逆向きとされて前記第１及び第２の出力ポートに各結合する構成とされ、
前記３つの光導波手段の端部は３つのシングルモード光導波手段の端部であり、前記入力ポートまたは前記２つの出力ポートの、少なくとも何れかの側のシングルモード光導波手段の端部は集光手段を具備するものとされ、
前記２つの出力ポートのシングルモード光導波手段の端部は、その各端面における光の出射パターンが互いに同一のものとされ、
前記第１の可動ミラーから前記第１の固定ミラーを経て前記第１の出力ポートに至る光路と、前記第２の可動ミラーから前記第２の固定ミラーを経て前記第２の出力ポートに至る光路とは、前記入力ポートからの出射光の軸に関して対称に形成されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項３】
前記第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーは、それぞれ第１の静電アクチュエータ及び第２の静電アクチュエータにより、基板面内方向において、前記入力ポートの端面から同一距離の位置に挿抜駆動されることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載される光スイッチ。
【請求項４】
前記第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーは、それぞれ、前記入力ポートの端面から同一距離の位置への挿入状態と同位置からの抜出状態とを２つの安定状態に持つ双安定のヒンジに支持され、それらの抜出状態はその該当第１または第２の可動ミラーの一部が前記入力ポートからの出射光の光路内に残留する位置に定義され、それらの前記切換え挿入は、第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーの、何れか一方が挿入状態にあり他方が抜出状態にあるステップから、両方がともに抜出状態にあるステップを経て、一方が抜出状態にあり他方が挿入状態にあるステップに切換える駆動制御手段を備えることを特徴とする請求項３に記載される光スイッチ。
【請求項５】
前記第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーは、それぞれ、前記入力ポートの端面から同一距離の位置に対する挿入状態と抜出状態とを２つの安定状態に持つ双安定のヒンジに支持され、それらの抜出状態は、それらの任意の一方の挿入状態から抜出状態への駆動と他方の抜出状態から挿入状態への駆動とを同時開始して行って両者の衝突が生じないだけの緩衝帯を有する位置に定義され、それらの前記切換え挿入は、一方の挿入状態から抜出状態への駆動と他方の抜出状態から挿入状態への駆動とが同時に開始されてともに行われることを特徴とする請求項３に記載される光スイッチ。  
【請求項６】
前記第１の可動ミラーと第２の可動ミラーとは一体の部品で形成され、その部品が１つの静電アクチュエータにより基板面内方向において変移駆動されることで、第１の可動ミラーと第２の可動ミラーとが前記入力ポートの端面から同一距離の位置に切換え挿入されることを特徴とする請求項１又は２の何れかに記載される光スイッチ。
【請求項７】
基板上に、３つの光導波手段の端部が互いに平行して並列して支持され、そのうちの何れか１つの光導波手段の端部が光スイッチの入力ポートとされ、残余の２つの光導波手段の端部が第１及び第２の２つの出力ポートとされ、
前記入力ポートからの出射光の光路には、入力ポートからの光を前記第１の出力ポート側に反射偏向する第１の固定ミラーと、その第１の固定ミラーに至る途中の位置に挿入されて入力ポートからの光を切換え前記第２の出力ポート側に反射偏向することができる可動ミラーとが設けられ、その第１の固定ミラー及び可動ミラーからの光は、それぞれ第２の固定ミラー及び第３の固定ミラーでさらに反射偏向されて前記入力ポートからの出射光と平行かつ逆向とされて、前記第１及び第２の出力ポートに各結合する構成とされ、
前記入力ポートから前記第１の固定ミラー及び前記第２の固定ミラーを経て前記第１の出力ポートに至る光路長の合計と、前記入力ポートから前記可動ミラー及び前記第３の固定ミラーを経て前記第２の出力ポートに至る光路長の合計とは、互いに相等しく形成されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項８】
基板上に、３つの光導波手段の端部が互いに平行に並列して支持され、そのうちの何れか１つの光導波手段の端部が光スイッチの１つの入力ポートとされ、残余の２つの光導波手段の端部が第１及び第２の２つの出力ポートとされ、
前記入力ポートからの出射光の光路には、入力ポートからの光を前記第１の出力ポート側に反射偏向する第１の固定ミラーと、その第１の固定ミラーに至る途中の位置に挿入されて入力ポートからの光を切換え前記第２の出力ポート側に反射偏向することのできる可動ミラーとが設けられ、その第１の固定ミラー及び可動ミラーからの光は、それぞれ第２の固定ミラー及び第３の固定ミラーでさらに反射偏向されて前記入力ポートからの出射光と平行かつ逆向きとされて、前記第１及び第２の出力ポートに各結合する構成とされ、
前記３つの光導波手段の端部は３つのシングルモード光導波手段の端部であり、前記入力ポートまたは前記２つの出力ポートの、少なくとも何れかの側のシングルモード光導波手段の端部は集光手段を具備するものとされ、
前記２つの出力ポートのシングルモード光導波手段の端部は、その各端面における光の出射パターンが互いに同一のものとされ、
前記入力ポートから前記第１の固定ミラー及び前記第２の固定ミラーを経て前記第１の出力ポートに至る光路長の合計と、前記入力ポートから前記可動ミラー及び前記第３の固定ミラーを経て前記第２の出力ポートに至る光路長の合計とは、互いに相等しく形成されていることを特徴とする光スイッチ。
【請求項９】
前記３つの光導波手段の端部は、それらの３つの端面の位置を直線上に整列しつつそれら端面において結合する光軸を互いに平行に並列して備えられ、そのうちの両外側の何れか一方の光導波手段の端部が前記入力ポートとされ、両外側の他方の光導波手段が前記第２の出力ポートとされ、前記第１の固定ミラーと前記可動ミラーとのミラー面はともに前記入力ポートからの出射光の軸に対し、前記２つの出力ポート側に向いた４５度の傾斜とされ、前記第２の固定ミラーと前記第３の固定ミラーとのミラー面はともに同じ軸の方向に対し前記入力ポート側に向いた４５度の傾斜とされることを特徴とする請求項７又は８の何れかに記載される光スイッチ。
【請求項１０】
前記可動ミラーは、静電アクチュエータにより、基板面内の前記入力ポートからの出射光の軸と垂直な方向に駆動されることを特徴とする請求項９に記載される光スイッチ。
【請求項１１】
前記３つの光導波手段の端部は、それらの３つの端面の位置を直線上に整列しつつそれら端面において結合する光軸を互いに平行して備えられ、そのうちの中央の光導波手段の端部が前記入力ポートとされ、その両側に隣接する他の２つの光導波手段の端部が前記第１及び第２の２つの出力ポートとされ、前記可動ミラーは、前記入力ポートからの出射光の光路の前記第１の固定ミラーに至る途中の位置に、基板面内方向において、その光路の前記第２の出力ポート側から挿抜駆動するものとされることを特徴とする請求項７又は８の何れかに記載される光スイッチ。
【請求項１２】
前記可動ミラーは、挿抜駆動されるロッド状部材の先端に具備される板状部に反射材料を被覆して構成され、前記基板の前記第１の固定ミラーの背後には、前記ロッド状部材が挿抜駆動される軌道に面して開口する凹部を形成し、この凹部の形成により、前記可動ミラーが前記光路に挿入された位置において、前記ロッド状部材の少なくともその可動ミラーの両側には開放された空間が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載される光スイッチ。
【請求項１３】
前記第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーは、それぞれ挿抜駆動されるロッド状部材の先端に具備される板状部に反射材料を被覆して構成され、前記基板の前記第１の可動ミラーと第２の可動ミラーとに挟まれる部位には、前記２つのロッド状部材が挿抜駆動される２つの軌道に面する切除部を形成し、この切除部の形成により、前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーが各抜出された位置において、前記２つのロッド状部材の少なくとも第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーのそれぞれの両側には解放された空間が設けられていることを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載される光スイッチ。
【請求項１４】
前記３つの光導波手段の端部は、３本の光ファイバ手段の端部であり、前記基板上にはそれらを位置決め固定する３本の断面矩形溝が互いに平行に並列して形成され、それら３本の断面矩形溝には、一方の側壁面に設けられて収容する光ファイバを対向する他方の側壁面に向かって付勢し押圧固定する舌片状のファイバ押圧バネが、互いに光結合するポートの断面矩形溝どうしでは何れも互いに反対側となる側壁面に、おのおの備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項１３の何れかに記載される光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光伝送路等の切換に用いられる光スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１、特許文献２には２入力−２出力型や１入力−３出力型のＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）光スイッチが記載されている。
入力光を２つの出力に切換える場合、これらの光スイッチをその用途に供してもよいが、小型集積のためには１入力−２出力のポートで構成されるデバイスを用意することが好適である。その場合さらに、その３つのポートがチップの１辺にすべて揃って並列する構造を有するデバイスとすることが、スペースの集約のためにはとりわけ最適である。
特許文献３の図２Ｂには、斯かる構造のMEMS光スイッチの例が記載される。しかしこの構成は、切換えに係る入力ポートから２つの出力ポートそれぞれに至る光路長が同一でなく、両光路の条件が不均等であり、両出力ポートから光学的同質の出力光が得られない。
【０００３】
一般に光スイッチでは、切換え出力される光として、強度、スポットサイズ、偏光特性等に係り同質の光束が出射されていることが望ましい。そのためには、切換えられる光路の光学的な伝播の条件が均等であることが条件である。そこで１×２の光スイッチの場合、２つの切換え光路が、そのミラーの配置や角度、光路長、及び集光手段等を含めて完全に対称に構成されれば、上記条件が完全に充足されて理想的である。また、２つの光路を完全に対称には構成できなくとも、少なくともそれらの光路長を一致させたり、ミラーの角度関係を等しくすることで、光の強度やスポットサイズ、及び偏光特性等に関し、出力光を相当程度に同質化できる。
【０００４】
尚、特許文献３の図３には、３つのポートが一辺に揃って並列する構造でしかも両出力ポートの光路が均等な光スイッチの例が記載されているが、これは回転ミラーを利用するものであり、可動部に双安定の動作等は得られない。
また特許文献１〜３に記載される、従来の、光路中に可動ミラーを挿抜してその反射と透過とを切換え利用する構造の光デバイスによれば、まず、可動ミラーを光路中に挿入して反射光を利用する場合、可動ミラーを十分な駆動量をもって光路中に挿入しきって、残留透過光すなわち透過ポートへのクロストークを十分遮断し減失しなければならない。更に、可動ミラーを抜出して透過光を利用する場合には、可動ミラーをその光路から十分な駆動距離だけ抜出し切って、ミラーの一部が僅かに光路を遮って生じる残留反射光のクロストークを十分に減失しなければならない。従来のデバイスではアイソレーション仕様を充たすために、結局、この前者と後者との各十分な駆動距離を足し合わせてなる全駆動距離をストロークとして、各可動ミラーが駆動しなければならなかった。
【特許文献１】特開２００５−３７８８５号公報
【特許文献２】特開２０００−１１１８１５号公報
【特許文献３】特開２００１−２０１６９９号公報
【特許文献４】特開２００３−４３２７０号公報
【特許文献５】特許第３６６５９６７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の第１の目的は、上述の事情に鑑み、１辺に３つのポートが揃って並列する構造を有し、２つの切換え光路をなるべく均等に構成したＭＥＭＳ光スイッチを、並進駆動型のミラーを用いて実現することにある。
これによって、従来になく小型で集約的な組み込みが可能で、かつ切換えに係る出力光の光学的性質が十分乃至完全に同質な、新しい光スイッチが得られる。本発明において、可動ミラーについては、特許文献1記載のアクチュエータに係る双安定動作や重心の安定配置その他の技術が転用可能となる。
【０００６】
また本発明の第２の目的は、入出力ポートが1辺に揃って並列する構造を有し、出力光の光学的性質が同質とされた光スイッチであって、然も可動ミラーの駆動ストロークが小さくて済む光スイッチの構造を提案するにある。
本発明の他の目的は、上述の光スイッチにおいて、製造上の誤差を発生しても、入力ポートと出力ポート間の光軸のズレが発生し難い構造の光スイッチを提案するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態１で提案する光スイッチは、基板上に３つの光導波手段の端部が互いに平行に並列して支持され、そのうちの中央の光導波手段の端部が光スイッチの１つの入力ポートとされ、その両側に隣接する他の２つの光導波手段の端部が第１及び第２の出力ポートとされ、入力ポートからの出射光は、その光路の入力ポートの端面から同一距離の位置に切換え挿入される第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーによって、それぞれ第１の出力ポート側または第２の出力ポート側に切換え反射偏向され、その第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーからの光は、それぞれ第１の固定ミラー及び第２の固定ミラーでさらに反射偏向され入力ポートからの出射光と平行かつ逆向きとされて第１及び第２の出力ポートに各結合する構成とされ、第１の可動ミラーから第１の固定ミラーを経て第１の出力ポートに至る光路と、第２の可動ミラーから第２の固定ミラーを経て第２の出力ポートに至る光路とは、入力ポートの出射光の軸に関して対称に形成されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の実施形態２で提案する光スイッチは、基板上に３つの光導波手段の端部が互いに平行に並列して支持され、そのうちの中央の光導波手段の端部が光スイッチの１つの入力ポートとされ、その両側に隣接する他の２つの光導波手段の端部が第１及び第２の２つの出力ポートとされ、入力ポートからの出射光は、その光路の入力ポートの端面から同一の距離の位置に切換え挿入される第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーによって、それぞれ第１の出力ポート側または第２の出力ポート側に切換え反射偏向され、その第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーからの光は、それぞれ第１の固定ミラー及び第２の固定ミラーでさらに反射偏向され入力ポートからの出力光と平行かつ逆向きとされて第１及び第２の出力ポートに各結合する構成とされ、前記３つの光導波手段の端部は３つのシングルモード光導波手段の端部であり、入力ポートまたは２つの出力ポートの、少なくとも何れかの側のシングルモード光導波手段の端部は集光手段を具備するものとされ、２つの出力ポートのシングルモード光導波手段の端部は、その各端面における光の出射パターンが互いに同一のものとされ、第１の可動ミラーから第１の固定ミラーを経て第１の出力ポートに至る光路と、第２の可動ミラーから第２の固定ミラーを経て第２の出力ポートに至る光路とは、入力ポートからの出射光の軸に関して対称に形成されていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の実施形態３で提案する光スイッチは、第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーは、それぞれ第１の静電アクチュエータ及び第２の静電アクチュエータにより、基板面内方向において、入力ポートの端面から同一距離の位置に挿抜駆動されることを特徴とする。
本発明の実施形態４で提案する光スイッチは、第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーは、それぞれ、入力ポートの端面から同一距離の位置への挿入状態と同位置からの抜出状態とを２つの安定状態に持つ双安定のヒンジに支持され、それらの抜出状態はその当該第１または第２の可動ミラーの一部が入力ポートからの出射光の光路内に残留する位置に定義され、それらの切換え挿入は、第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーの、何れか一方が挿入状態にあり他方が抜出状態にあるステップから、両方がともに抜出状態にあるステップを経て、一方が抜出状態にあり他方が挿入状態にあるステップに切換える駆動制御手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の実施形態５で提案する光スイッチは、第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーは、それぞれ、入力ポートの端面から同一距離の位置に対する挿入状態と抜出状態とを２つの安定状態に持つ双安定のヒンジに支持され、それらの抜出状態は、それらの任意の一方の挿入状態から抜出状態への駆動と他方の抜出状態から挿入状態への駆動とを同時開始して行って両者の衝突が生じないだけの緩衝帯を有する位置に定義され、それらの切換え挿入は、一方の挿入状態から抜出状態への駆動と他方の抜出状態から挿入状態への駆動とが同時に開始されてともに行われることを特徴とする。  
【００１１】
本発明の実施形態６で提案する光スイッチは、第１の可動ミラーと第２の可動ミラーとは一体の部品で形成され、その部品が１つの静電アクチュエータにより基板面内方向において変移駆動されることで、第１の可動ミラーと第２の可動ミラーとが前記入力ポートの端面から同一距離の位置に切換え挿入されることを特徴とする。
本発明の実施形態７で提案する光スイッチは、基板上に３つの光導波手段の端部が互いに平行して並列して支持され、そのうちの何れか１つの光導波手段の端部が光スイッチの入力ポートとされ、残余の２つの光導波手段の端部が第１及び第２の２つの出力ポートとされ、入力ポートからの出射光の光路には、入力ポートからの光を第１の出力ポート側に反射偏向する第１の固定ミラーと、その第１の固定ミラーに至る途中の位置に挿入されて入力ポートからの光を切換え第２の出力ポート側に反射偏向することができる可動ミラーとが設けられ、その第１の固定ミラー及び可動ミラーからの光は、それぞれ第２の固定ミラー及び第３の固定ミラーでさらに反射偏向されて入力ポートからの出射光と平行かつ逆向とされて、第１及び第２の出力ポートに各結合する構成とされ、入力ポートから第１の固定ミラー及び第２の固定ミラーを経て第１の出力ポートに至る光路長の合計と、入力ポートから可動ミラー及び第３の固定ミラーを経て第２の出力ポートに至る光路長の合計とは、互いに相等しく形成されていることを特徴とする。
【００１２】
本発明の実施形態８で提案する光スイッチは、基板上に３つの光導波手段の端部が互いに平行に並列して支持され、そのうちの何れか１つの光導波手段の端部が光スイッチの１つの入力ポートとされ、残余の２つの光導波手段の端部が第１及び第２の２つの出力ポートとされ、入力ポートからの出射光の光路には、入力ポートからの光を第１の出力ポート側に反射偏向する第１の固定ミラーと、その第１の固定ミラーに至る途中の位置に挿入されて入力ポートからの光を切換え第２の出力ポート側に反射偏向することのできる可動ミラーとが設けられ、その第１の固定ミラー及び可動ミラーからの光は、それぞれ第２の固定ミラー及び第３の固定ミラーでさらに反射偏向されて入力ポートからの出射光と平行かつ逆向きとされて、第１及び第２の出力ポートに各結合する構成とされ、前記３つの光導波手段の端部は３つのシングルモード光導波手段の端部であり、入力ポートまたは２つの出力ポートの、少なくとも何れかの側のシングルモード光導波手段の端部は集光手段を具備するものとされ、２つの出力ポートのシングルモード光導波手段の端部は、その各端面における光の出射パターンが互いに同一のものとされ、入力ポートから第１の固定ミラー及び第２の固定ミラーを経て第１の出力ポートに至る光路長の合計と、入力ポートから可動ミラー及び第３の固定ミラーを経て第２の出力ポートに至る光路長の合計とは、互いに相等しく形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の実施形態９で提案する光スイッチは、３つの光導波手段の端部は、それらの３つの端面の位置を直線上に整列しつつそれら端面において結合する光軸を互いに平行に並列して備えられ、そのうちの両外側の何れか一方の光導波手段の端部が入力ポートとされ、両外側の他方の光導波手段が第２の出力ポートとされ、第１の固定ミラーと可動ミラーとのミラー面はともに入力ポートからの出射光の軸に対し、２つの出力ポート側に向いた４５度の傾斜とされ、第２の固定ミラーと第３の固定ミラーとのミラー面はともに同じ軸の方向に対し入力ポート側に向いた４５度の傾斜とされることを特徴とする。
【００１４】
本発明の実施形態１０で提案する光スイッチは、可動ミラーは、静電アクチュエータにより、基板面内の前記入力ポートからの出射光の軸と垂直な方向に駆動されることを特徴とする。
本発明の実施形態１１で提案する光スイッチは、３つの光導波手段の端部は、それらの３つの端面の位置を直線上に整列しつつそれら端面において結合する光軸を互いに平行して備えられ、そのうちの中央の光導波手段の端部が入力ポートとされ、その両側に隣接する他の２つの光導波手段の端部が第１及び第２の２つの出力ポートとされ、可動ミラーは、入力ポートからの出射光の光路の第１の固定ミラーに至る途中の位置に、基板面内方向において、その光路の第２の出力ポート側から挿抜駆動するものとされることを特徴とする。
【００１５】
本発明の実施形態１２で提案する光スイッチは、可動ミラーは、挿抜駆動されるロッド状部材の先端に具備される板状部に反射材料を被覆して構成され、基板の第１の固定ミラーの背後には、ロッド状部材が挿抜駆動される軌道に面して開口する凹部を形成し、この凹部の形成により、前記可動ミラーが前記光路に挿入された位置において、前記ロッド状部材の少なくともその可動ミラーの両側には開放された空間が設けられていることを特徴とする。
本発明の実施形態１３で提案する光スイッチは、第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーは、それぞれ挿抜駆動されるロッド状部材の先端に具備される板状部に反射材料を被覆して構成され、基板の第１の可動ミラーと第２の可動ミラーとに挟まれる部位には、２つのロッド状部材が挿抜駆動される２つの軌道に面する切除部を形成し、この切除部の形成により、前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーが各抜出された位置において、前記２つのロッド状部材の少なくとも第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーのそれぞれの両側には開放された空間が設けられていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の実施形態１４で提案する光スイッチは、３つの光導波手段の端部は、３本の光ファイバ手段の端部であり、基板上にはそれらを位置決め固定する３本の断面矩形溝が互いに平行に並列して形成され、それら３本の断面矩形溝には、一方の側壁面に設けられて収容する光ファイバを対向する他方の側壁面に向かって付勢し押圧固定する舌片状のファイバ押圧バネが、互いに光結合するポートの断面矩形溝どうしでは何れも互いに反対側となる側壁面に、おのおの備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の実施形態１〜６、１３で提案した光スイッチによれば、1入力−２出力のポートを有する光スイッチにおいて、切換えに係る２つの光路の対称性を手段として、切換えられる出射光を光学的にほぼ理想的にまで互いに同質化することができる。
また本発明の実施形態7〜１２で提案した光スイッチによれば、1入力−２出力のポートを有する光スイッチにおいて、切換えに係る２つの光路の光路長の同一化を手段として、切換えられる出射光の強度やスポットサイズ等に係る光学的性質を同質化することができる。なかんずく実施形態９、１０で提案した光スイッチによれば、上述の光路長の同一化に加え切換えに係る２つの光路が含むミラーの角度関係も両光路について互いに等しくなるよう配置することで、ミラーの偏波依存特性に起因する不均等にも対処し、出射光の偏光特性等に係る光学的性質についても同質化することができる。これらによって出射光を所望に対し十分な程度に同質化できる。
【００１８】
本発明の実施形態１４で提案した光スイッチによれば、1入力−２出力のポートを有する光スイッチにおいて、切換えられる出射光を光学的にほぼ理想的乃至十分な程度に同質化することができる。
本発明の実施形態３〜５で提案した光スイッチによれば、挿入状態にある可動ミラーの背後に抜出状態にある可動ミラーが配置されるから、抜出状態にある可動ミラーは挿入状態にある可動ミラーの陰になり、抜出状態にある可動ミラーを光路から大きく排出させなくても、光路を伝搬する光のビームに可動ミラーが接することはない。したがって、抜出状態にある可動ミラーに光が照射され、その反射光によりクロストークが発生する状況を阻止することができる。この結果として、本発明によれば可動ミラーのストロークを小さくすることができる。なかんずく実施形態４で提案した光スイッチによれば、そのストロークを従来の可動ミラー抜出型の光スイッチのほぼ半分にまで縮小することができる。
【００１９】
また、本発明の実施形態６で提案した光スイッチ、及び実施形態１０で提案した光スイッチによれば、入射光軸に対して例えば４５度の傾斜を存する可動ミラーをその入射光軸に垂直な方向に駆動するので、その可動ミラーのストロークを従来の例えばほぼ１／√２にまで縮小することができる。
また、本発明の実施形態１〜１４で提案した光スイッチによれば、ミラーや光導波手段の位置決めにかかる作製誤差を互いに相殺して各要素相互の相対的アライメントを維持し、光結合を担保することができる。すなわち、本発明のような２回反射の折り返しでポート間を結合する光路構成であれば、その２回反射に係る両ミラーの面が同一量ズレても、光路はそのズレ分奥行きを増減して折り返され、両ポートの光軸をそのままにして結合を維持する性質を持つ。同じく入出力ポートの側方ズレについても、そのズレが同一量対称ならば、同様に光軸の結合を維持する。そして、基板をエッチングしてＭＥＭＳデバイスを形成する場合、ミラーや溝などの構造物がすべて同一工程で形成されるので、エッチングの加不足による形成側壁面のズレはみな同一量ないし対称的であるので、その製造誤差が原則としてポート間の光軸整合には影響しないという特長を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明による光スイッチはマイクロマシニング技術によって基板上に形成される。１つの入力ポート及び第１と第２の２つの出力ポートとを有する光スイッチであって、基板上には３つの光導波手段の端部が互いに平行して並列に支持される。光導波手段はシングルモード光導波手段を用いることが望ましい。本発明は、基本的に特許文献１に記載されるＭＥＭＳデバイスの作製と同じ要素技術で実施することができる。実施形態１〜１３のすべての発明で、光スイッチの入力ポート及び出力ポートをなすシングルモード光導波手段の端部は、シングルモード光ファイバ手段の端部で構成し、ＭＥＭＳデバイスとしてはその光ファイバ手段の端部を固定するための溝を設けることが好適である。特に実施形態１４では、これらを構成要件とする。
【００２１】
ここで言うシングルモード光ファイバ手段の端部とは、シングルモード光ファイバの端部に、ロッドレンズその他の集光手段、スペーサ、反射防止膜等を必要に応じて具備したものを目指す。その例は特許文献４に記載され、これを本発明に転用できる。さらに特許文献４に記載されるシングルモールド光ファイバ手段の端部を、端面に形成される反射防止膜や、デバイスの空隙を屈折率整合剤で充填する技術と適切に併用して、必要程度の端面反射防止を得ることができる。  
また端面反射防止のために、端面を斜め研磨してもよい。以下、その例は図示しないが、その場合、本発明のすべての実施形態に亙って、３本の光ファイバとその溝だけが各端面から入出射する光軸に対して一律に数度の傾斜を有し、相互に平行を保って配向される点のみが例示のものと相異し、他の部分はすべて、図示に係るような垂直端面の形態と変わらない。
【００２２】
その他、集光手段と反射防止を兼ねて、先球型のレンズ付ファイバを利用することもできる。
３つのポートの端面の位置は一列に揃って形成されることが好適である。例を図示しないが、３本の光ファイバでなるテープ状ファイバをガイド溝に収容して組み立てる形態も可能である。
ロッドレンズや上記の先球レンズを好適実施例とする集光手段は、３つのポートのすべてに同じものが具備されるのが最適であるが、入出射のいずれか一方にのみ集光手段を具備して他方は開口角に従う光束の形態で結合をはかることも可能である。
【００２３】
その他、光ファイバでなくシングルモードの光導波路基板を他の部分のＭＥＭＳ構造物と組み合わせて光スイッチを構成することも可能である。その場合、光導波路の先端には例えば特許文献５記載の技術を用いて集光手段を備えることができる。
なお、光導波手段にマルチモード光導波手段を用い、かつ集光手段等を端部に備える場合にも、入力ポートのみに集光手段を備えるか、或いは２つの出力ポートについて同一構成ないし同一の集光性能を有する集光手段を備えることが肝要である。
【実施例１】
【００２４】
図１及び図２は本発明の実施形態１で提案した光スイッチの実施例を示す。図中１０は基板、２０はこの基板１０に形成した入出力ポート支持部、３０は可動ミラー駆動部、４０Ａ、４０Ｂは可動ミラーを示す。
基板１０は層構造のＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板などを利用し、マイクロマシニング技術によって入出力ポート支持部２０及び可動ミラー駆動部３０、可動ミラー４０Ａ、４０Ｂが形成される。
入出力ポート支持部２０はこの実施例では図２に拡大して示すように３条の凹溝２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを形成して構成した場合を示す。これら３条の凹溝２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃのそれぞれに上述のシングルモード光ファイバ手段の端部である光導波手段２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃを挿入支持し、入出力ポートを構成する。３つのシングルモード光導波手段のうちの中央に位置するシングルモード光導波手段の端部が光スイッチの１つの入力ポートとされ、その両側に隣接する他の２つのシングルモード光導波手段の端部が第１及び第２の２つの出力ポートとされ、入力ポートからの出射光は、その光路の入力ポートの端面から同一距離の位置に切換え挿入される第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーによって、それぞれ第１の出力ポート側または第２の出力ポート側に切換え反射偏向され、その第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーからの光は、それぞれ第１の固定ミラー及び第２の固定ミラーでさらに反射偏向され入力ポートからの出射光と平行かつ逆向きとされて第１及び第２の出力ポートに各結合する構成とされる。
【００２５】
第１の可動ミラーから第１の固定ミラーを経て第１の出力ポートに至る光路と、第２の可動ミラーから第２の固定ミラーを経て第２の出力ポートに至る光路とは、入力ポートからの出力光の軸に関して対称に形成される。
この実施例では３条の凹溝２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは基板１０の一辺にほぼ垂直に交差する姿勢で互いに軸線が平行して形成され、辺から所望の距離の位置において端面が並列して配置される。この実施例では中央に配置した凹溝２１Ｂに挿入支持した光導波手段２２Ｂを入力ポートとし、両側の凹溝２１Ａと２１Ｃに挿入支持した光導波手段２２Ａと２２Ｃを出力ポートとして動作させる場合を示す。このために、この実施例では中央に位置した光導波手段２２Ｂの光軸から＋４５度、−４５度の反射面を持つ可動ミラー４０Ａと４０Ｂを設け、この可動ミラー４０Ａと４０Ｂを光導波手段２２Ｂが出射する光路に対して挿入と抜出駆動し、一方の可動ミラー４０Ａが光路に対して挿入された状態で光導波手段２２Ｂから出射光を図２に示す場合には光導波手段２２Ａ側に反射させ、更に固定ミラー４１Ａで反射させて光導波手段２２Ａに入射させる。これに対し、可動ミラー４０Ａを抜出させ、可動ミラー４０Ｂを挿入位置に駆動した場合は光導波手段２２Ｂの端面から出射した光は可動ミラー４０Ｂで光導波手段２２Ｃ側に反射し、固定ミラー４１Ｂで反射して光導波手段２２Ｃに入射する状態に切換えられるように構成した場合を示す。
【００２６】
固定ミラー４１Ａ、４１Ｂはマイクロマシニング技術により基板１０の板面から垂直に切り立って各凹溝２２Ａと２２Ｃの軸線と＋４５度及び−４５度の角度で交差する面を形成し、この面に例えば金等を蒸着して形成することができる。（上述の通り、シングルモード光ファイバ手段の端部に斜め研磨した端面を有するものを利用する場合には、それらの端面に結合する光軸と＋４５度及び−４５度の角度で交差する面を形成する。）可動ミラー４０Ａ、４０Ｂとこの可動ミラー４０Ａ、４０Ｂを支持して駆動するロッド３１Ａ、３１Ｂもマイクロマシニング技術によって基板１０から切り出され、可動ミラーとなるべき面に金等を蒸着し、可動ミラー４０Ａ、４０Ｂを形成する。
【００２７】
可動ミラー駆動部３０もマイクロマシニング技術により形成される。可動ミラー駆動部３０は上述したロッド３１Ａ、３１Ｂと、このロッド３１Ａ、３１Ｂを軸線方向に可動かつ安定して保持する双安定のヒンジ３２Ａ、３２Ｂと、可動ミラー４０Ａと４０Ｂを光路に対して挿入位置と抜出位置に駆動する静電アクチュエータ３３Ａ、３３Ｂとによって構成することができる。
ヒンジ３２Ａ、３２Ｂは基板１０の板面に２条の凹溝を平行に形成し、この２条の凹溝のそれぞれの中央の位置に板状体を形成し、この板状体をヒンジ３２Ａ、３２Ｂとして利用する。ヒンジ３２Ａと３２Ｂは一端が基板に連結され、他端はロッド３１Ａ及び３１Ｂのそれぞれに連結される。ヒンジ３２Ａ及び３２Ｂはそれぞれ固定端とロッド３１Ａ、３１Ｂとの連結点との間において、初期状態で湾曲して形成され、この湾曲によって固定端とロッド３１Ａ、３１Ｂとの間の距離より長く形成され、この余剰長により一方と他方の双安定動作を可能としている。
【００２８】
静電アクチュエータ３３Ａ及び３３Ｂはそれぞれロッド３１Ａ、３１Ｂのそれぞれと一体に形成した可動櫛歯状電極と、基板１０に固定されて形成されたそれぞれ２つずつの固定櫛歯状電極とを櫛歯を対向させて配置して構成することができる。これらの可動櫛歯電極をＧＮＤに接続し、各固定櫛歯電極の何れか一方に電圧を印加すると、その可動櫛歯電極はその電圧を印加された方の固定櫛歯電極に吸引されて、可動ミラー４０Ａ及び４０Ｂを例えば挿入方向に移動させることができる。他方の側の固定櫛歯電極に電圧を印加すれば、その吸引力によって可動ミラー４０Ａ及び４０Ｂを例えば抜出方向に移動させることができる。可動ミラー４０Ａ、４０Ｂの形成方法、可動ミラー駆動部３０の形成方法及びその構造は上述した特許文献１〜３に既に記載されているから、ここではこれ以上の説明は省略する。
【００２９】
以下では本発明の独特の作用効果について説明する。図１及び図２に示した実施例では、入力ポートをなす光導波手段の端部２２Ｂから可動ミラー４０Ａ、固定ミラー４１Ａを経て出力ポートをなす光導波手段の端部２２Ａに至る光路と、可動ミラー４０Ｂ、固定ミラー４１Ｂを経て光導波手段の端部２２Ｃに至る光路とが全く対称に形成される。さらにこれら光導波手段の端部に集光手段その他を備えるについては、２つの出力ポートすなわち光導波手段の端部２２Ａと２２Ｃとに、好適には全く同一のレンズ等を備え、或いは少なくともその端面での光の出射パターンが同一となるものを選ぶことによって、２つの端面に同一条件の光束が照射されるとともにそれらが各結合する光導波手段の端部の条件も同一としているので、結局２２Ａと２２Ｂとの２つの光導波手段に各伝送出力される光にまったく同質の出力光が得られるのである。
【００３０】
なおここで言う「出射パターンが同一」とは、シングルモード光導波手段の端部で光ファイバ等の光導波手段側からそのシングルモード伝送光を出射させた場合に、その端面において形成される光のモードフィールドパターンと相対的な光位相進みのパターンとが、或いは言い換えればモードフィールドパターンと等位相面の形状とが、ともに相等しいことを指す。すなわち、実際には２２Ａと２２Ｂとに同一構成の光導波手段の端部を用いればよいが、例えば集光手段にロッドレンズを用いる場合その長さにピッチの整数倍の相違があっても構わない。
【００３１】
さらに、図１及び図２に示した実施例では２枚の可動ミラー４０Ａと４０Ｂを用いて光の反射方向を切換える構造としたから、各可動ミラー４０Ａと４０Ｂの可動ストロークを小さくできる作用効果を得ることができる。図３を用いてその様子を示す。図３に示す図では挿入位置にある可動ミラーを先ず先行して抜出方向に移動を開始させ、移動中の可動ミラーが完全に抜出位置に達した時点で、抜出位置にあった可動ミラーの移動を開始させる動作を行わせる構成について示す。
つまり、図３Ａは可動ミラー４０Ａが挿入位置にあり、この挿入位置に存在することにより光ビームＰＢをほぼ１００％受光し、反射させる状況を示す。この状況でタイミングＴ１で駆動信号＃１が１論理に反転し、この駆動信号＃１の反転により可動ミラー４０Ａが抜出方向に移動を開始し、タイミングＴ２で抜出位置に達したとする。この状況が図３Ｂで表わされる。可動ミラー４０Ａが完全に抜出位置に停止したことを確認する時間を経過したタイミングＴ３で駆動信号＃２を反転させ、この駆動信号＃２の反転により可動ミラー４０Ｂを挿入方向に移動させ所定の時間後に挿入位置に到達させる（図３Ｃ）。
【００３２】
このように、２つの可動ミラー４０Ａと４０Ｂを予めプログラムしたシーケンス動作に従って動作させることにより、抜出位置を光ビームＰＢ上に残留した軸線位置近傍（可動ミラー４０Ａ及び４０Ｂが抜出して光ビームの軸線に近い位置に停止すること）に採ることができる。この結果、抜出位置から挿入位置までのストロークは光ビームＰＢの軸線位置から、光ビームＰＢの半径分を斜め４５度の方向に横切る距離Ｓで済むことになり、可動ミラー４０Ａと４０Ｂのストロークを小さくできる利点が得られる。すなわち、図の光ビームＰＢの延長に描かれる破線を光スイッチのアイソレーション性能に影響する範囲を表わすものとして、従来のミラー挿抜型の光スイッチであれば、抜出した可動ミラーが入射光のエネルギーをそのアイソレーション仕様の限度以上に反射することのないよう上記の範囲外に位置しなければならないところ、本発明であれば、可動ミラー４０Ａ及び４０Ｂは図の破線の範囲の内部に位置することが可能であり、しかもそれを上記のとおり光ビームの軸線近傍に採ることで、図から理解されるようにストロークを従来のほぼ半分にすることができる。
【００３３】
図４に他の駆動方法を行う構成について示す。図４に示す駆動方法は２つの可動ミラー４０Ａと４０Ｂをシーケンシャルに動作させるのではなく、同時に駆動信号＃１と＃２を反転させ、同時に動作を開始させてしまう制御方法を採った場合を示す。図４Ａは可動ミラー４０Ａが挿入位置にあり、可動ミラー４０Ｂが抜出位置にある状況を示す。ここで注意すべきは抜出位置にある可動ミラー４０Ｂの先端が、図３の場合の如き光ビームの軸線位置近傍ではなく、その軸線から駆動方向に沿ってさらに緩衝帯ＢＦだけ後退した点に位置していることである。つまり、可動ミラー４０Ａと４０Ｂを同時に動作させるために、可動ミラー同士を衝合させないために挿入位置にある可動ミラー４０Ａと抜出位置にある可動ミラー４０Ｂとの間に駆動距離のマージンとしての緩衝帯ＢＦを設け、同時に２つの可動ミラー４０Ａと４０Ｂが動き始めても、途中で衝合しないようにした場合を示す。
【００３４】
この場合にはタイミングＴ１で同時に駆動信号＃１と＃２を反転させ、２つの可動ミラー４０Ａと４０Ｂを同時に移動を開始させる。図４Ｂはその途中の状況を示し、可動ミラー４０Ａが可動ミラー４０Ｂの進路を開放した後に、可動ミラー４０Ｂが光ビームＰＢの軸線上を横切る位置に達し、双方の衝突を回避させている。図４Ｃは可動ミラー４０Ａが抜出した位置に達し、可動ミラー４０Ｂが挿入位置に到達した状況を示す。
従って、この駆動方法を採った場合には各可動ミラー４０Ａ及び４０Bに要求されるストロークＳ２は、上述の図３の場合のストロークＳに上記緩衝帯ＢＦを加えてなる距離となる。図４には、緩衝帯ＢＦの大きさとして上記Ｓとほぼ等しい距離を採った設計例を示している。この例では、抜出位置にある可動ミラーは上述のアイソレーション性能に影響する範囲外に達するので、ストロークＳ２の大きさは上述の従来技術の場合と変わらない。但し、本発明のデバイスの双安定ヒンジをエッチング形成する際に、２つの可動ミラーが各抜出状態にある位置をエッチングマスクに従う自然状態（第１安定状態）として作製し、挿入状態をそこからヒンジを反転して得る状態（第２安定状態）に選ぶと、一般に第２安定状態から第１安定状態に到る動作の方がその逆の過程よりも早く完了するヒンジの性質を利用して、緩衝帯ＢＦの距離を図４の例よりもさらに小さく、すなわち可動ミラーの抜出位置を上述のアイソレーション性能の影響する範囲の内部に選び、ストロークＳ２を従来技術よりも小さくすることも可能である。これが可能であるのは、本実施形態では可動ミラーの駆動方向がそのミラー面の方向と平行であることから、第１安定状態に比べて相対的に位置精度が出にくく通常は抜出状態に選ぶことが好まれる第２安定状態を、光を反射する挿入状態に選んでも、その位置ずれが駆動方向のものである限り反射光に影響がないという利点が得られることによる。
【００３５】
図３に示した駆動方法と図４に示した駆動方法とを比較すると、図３に示した駆動方法によれば所要ストロークを小さくできる利点が得られる代わりに、駆動信号＃１と＃２の切換タイミングを予めプログラムしなければならないため、駆動信号＃１と＃２の生成手段に多少コストが掛かることになる。これに対し、図４に示した駆動方法によれば駆動信号＃１と＃２の生成手段は簡素に構成できる。その反面、所要ストロークが多少長くなる特性が生じる。
次に、本発明に係る、製造誤差に対し、光軸のズレが発生しないという作用効果について説明する。
【００３６】
つまり、入出力ポート支持部２０を含めて全体がマイクロマシニング技術により成形されると説明した。マイクロマシニング技術とは主にエッチングにより基板に溝等を形成し、溝の形成によって入出力支持部２０及び可動ミラー４０Ａ、４０Ｂ、可動ミラー駆動部３０を形成する技術である。
ここでは特に図２に示した入出力ポート支持部２０を構成する凹溝２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃがエッチングの過程により溝幅が多少予め予定した寸法に仕上がらなかった場合を考える。サイドエッチング量が不足の場合は凹溝２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの幅は予定した寸法より小さく形成される。サイドエッチング量が超過した場合は予定した寸法より大きく形成される。マイクロマシニング技術はこのような特性を持つため、予め予定する寸法としては実際に挿入する光ファイバの直径よりわずかに太い寸法を予定の寸法に設定し、サイドエッチング量に過不足があっても、必ず光ファイバを溝に挿入できるようにしている。
【００３７】
この発明ではこのマイクロマシニング技術の特性を巧みに利用して入出力ポート間の光軸のズレを相殺する方法を提案するものである。この実施例では特に、互いに平行して形成される３本の凹溝２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの中の互に隣接する一方の対となる光導波手段２２Ａ、２２Ｂに対しては互に近接する方向に偏倚させるファイバ押圧バネを設け、他方の対となる光導波手段２２Ｂと２２Ｃに対しては互に離間させる方向に偏倚させるファイバ押圧バネを設ける。図５に示す２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃはこのファイバ押圧バネを示す。つまり、ファイバ押圧バネ２３Ａと２３Ｂは光導波手段２２Ａと２２Ｂを互いに近接させる方向に押圧偏倚させる。ファイバ押圧バネ２３Ｂと２３Ｃは光導波手段２２Ｂと２２Ｃを互いに離間させる方向に押圧偏倚させる。このようにファイバ押圧バネ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃを設けておくことにより、凹溝２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの寸法に誤差が発生したとしても、その寸法誤差によって入力ポートと、出力ポートとの間の光軸にズレが生じないようにすることができる。
【００３８】
図５に示すＬ１とＬ２はエッチング過不足によって生じた凹溝２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの寸法誤差を示す。Ｌ１はサイドエッチング量が不足の場合の凹溝２１Ａと２１Ｂ間の間隙を示す。Ｌ２はサイドエッチング量が間隙Ｌ１の場合より大きい場合の凹溝２１Ａと２１Ｂの間の間隔を示す。一方、Ｍ１は間隙Ｌ１を形成したエッチングで成形された可動ミラー４０Ａの反射面の位置、Ｍ２は間隙Ｌ２を形成したエッチング形成された可動ミラー４０Ａの反射面の位置を示す。またＣ１は間隙Ｌ１が成形されたエッチング時に形成された固定ミラー４１Ａ、４１Ｂの反射面、Ｃ２は間隙Ｌ２が形成されたエッチング時に成形された固定ミラー４１Ａ、４１Ｂの反射面の位置を示す。
【００３９】
間隙Ｌ１が形成された場合に光導波手段２２Ｂから出射された光の光路がＡ１であった場合、間隙Ｌ２が形成された場合に光導波手段２２Ｂから出射される光の光路はＡ１’になる。光路Ａ１は反射面Ｍ１で反射し、光路Ａ２を経て反射面Ｃ１で反射し、光路Ａ３を経て光導波手段２２Ａの軸芯に入射される。
ここでサイドエッチング量の誤差により間隙Ｌ２に変化した場合には、そのサイドエッチング量の誤差によりミラーの反射面はＭ１からＭ２、Ｃ１からＣ２に変化する。この結果、光導波手段２２Ｂから光路Ａ１’で出射された光は反射面Ｍ２で反射し、光路Ａ２’を経て反射面Ｃ２で反射し、光路Ａ３’を通じて光導波手段２２Ａの光軸に入射する。つまり、光導波手段２２Ａと２２Ｂの間隙が、Ｌ１からＬ２に変化したとしても、そのエッチング誤差はミラーの反射面にも作用し、ミラーの反射面の位置も同量だけ変位するから、総合すると光導波手段２２Ａと２２Ｂとの間の光結合は保持される。
【００４０】
光導波手段２２Ｂと２２Ｃとの間に関しては一方の光導波手段２２Ｂが光導波手段２２Ｃに対して離れる方向に偏倚されているから、光導波手段２２Ｃにも光導波手段２２Ｂから離れる方向に偏倚させるバネ２３Ｃが設けられる。この場合、間隙Ｌ１が形成されるエッチングにより成形された凹溝２１Ｃによって支持された光導波路２２Ｃの光軸がＢ１、固定ミラー４１Ｂの反射面がＣ１、可動ミラー４０Ｂの反射面がＭ１’であった場合、光導波手段２２Ｂから出射した光は光路Ａ１から反射面Ｍ１’で反射し、光路Ｂ２を経て反射面Ｃ１で反射し、光導波手段２２Ｃの光軸Ｂ１に入射する。
【００４１】
これに対し、間隙Ｌ２が形成された場合には光導波手段２２Ｂから出射される光は光路Ａ１’に移動する。光路Ａ１’で出射した光は反射面Ｍ２’で反射し、光路Ｂ２’を経て反射面Ｃ２で反射する。このとき、光導波手段２２Ｃの光軸はＢ１’に移動しているから反射面Ｃ２で反射した光は光導波手段２２Ｃの光軸Ｂ１’に入射する。従って、何れの出力ポートに対してもエッチング誤差に起因する光軸のズレの発生が阻止される。
【実施例２】
【００４２】
図６にこの発明の実施形態６で提案した光スイッチの実施例を示す。この実施例では可動ミラー４０Ａと４０Ｂとを一体化し、単一のロッド３１によって可動ミラー４０Ａと４０Ｂを一体に駆動する構造とした場合を示す。可動ミラー４０Ａと４０Ｂはその反射面が互いに９０度の角度で交叉する姿勢で一体化されて形成される。これらの可動ミラー４０Ａ、４０Ｂはロッド３１と共にマイクロマシニング技術により基板１０から切り出されて形成される。ロッド３１は図１で説明した可動ミラー駆動部３０によって駆動され、可動ミラー４０Ａと４０Ｂを矢印Ａ方向とＢ方向とに移動させる。可動ミラー４０Ａと４０Ｂを矢印Ｂ方向に移動させると、可動ミラー４０Ａが光導波手段２２Ｂの光軸と対向し、その反射面によって光導波手段２２Ｂから反射した光を固定ミラー４１Ａで反射する。固定ミラー４１Ａで互射した光は出力ポートとして作用する光導波手段２２Ａに入射され、入力光とは逆向に出力される。
【００４３】
可動ミラー４０Ａ、４０Ｂを矢印Ａ方向に移動させると、可動ミラー４０Ｂが光導波手段２２Ｂの端面と対向する。この場合には光導波手段２２Ｂから出射した光は可動ミラー４０Ｂで反射し、固定ミラー４１Ｂで反射して光導波手段２２Ｃに入射し出力される。凹溝２１Ａ，２１Ｂ、２１Ｃに光導波手段２２Ａ、２２Ｂ、２２Cを一方向に偏倚させるファイバ押圧バネ２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃの存在は図１、図２及び図６には示していないが、図５で説明したと同様にこれらの実施例にも適用できる。
この図６に示した実施例によれば可動ミラー駆動部３０及びロッド３１が一組で済むため、小型化することができる利点がある。
【実施例３】
【００４４】
図７にこの発明の実施形態７で提案した光スイッチの実施例を示す。この実施例の特徴とする構造は入出力ポート支持部２０に互に平行して支持した３つの光導波手段２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの中の両側に位置する何れか一方の光導波手段を入力ポートとして作用させ、他の２つの光導波手段を出力ポートとして作用させる点と、可動ミラーを光路の軸線に対して直交する方向に可動させる構造とした点である。
図７に示す実施例では可動ミラー駆動部３０に近い位置に支持した光導波手段２２Ａを入力ポートとして作用させ、他の２つの光導波手段２２Ｂと２２Ｃを出力ポートとして作用させる構造とした場合を示す。
【００４５】
ロッド３１は入力ポートとして作用する光導波手段２２Ａから出射する光束の軸線と直交する方向に軸線が向く姿勢で成形され、図１で説明したのと同様の構造の可動ミラー駆動部３０によって、可動ミラー４０を光導波手段２２Ａが出射する光の光路に対して直交する方向に挿入位置と、抜出位置とに駆動される。
可動ミラー４０はロッド３１の先端にロッド３１の軸線と４５度の角度で交叉する姿勢で形成され、光導波手段２２Ａから出射された光を９０度の角度で光路を折曲げて反射させる。可動ミラー４０が可動ミラー駆動部３０の駆動力によって光導波手段２２Ａが出射する光路上から抜出されると、光導波手段２２Ａから出射された光は可動ミラー４０が存在していた位置を透過し、第１固定ミラー４２に照射される。第１固定ミラー４２は可動ミラー４０の反射面と同一の角度の向に配置された反射面を有し、光導波手段２２Ａから出射した光を９０度の角度で光路を折曲げて反射させる。中央に位置する光導波手段２２Ｂに結合する光束の軸線上には第１固定ミラー４２の反射面と９０度の角度で交叉する角度の反射面を持つ第２固定ミラー４３が設けられる。更に、反対側の端に支持した光導波手段２２Ｃに結合する光束の軸線上には第２固定ミラー４３の反射面と平行する姿勢の第３固定ミラー４４が設けられる。これら第１固定ミラー４２と、第２固定ミラー４３と、第３固定ミラー４４とによって可動ミラー４０の抜出位置に応じて出射光が光導波手段２２Ｂか光導波手段２２Ｃの何れかに入射される状態に切換えられる。
【００４６】
つまり、可動ミラー４０が抜出位置に駆動されると光導波手段２２Ａから出射された光は第１固定ミラー４２と第２固定ミラー４３で反射し、中央に位置する光導波手段２２Ｂに入射する。可動ミラー４０が挿入位置に駆動されると、光導波手段２２Ａから出射した光は可動ミラー４０で反射し、第３固定ミラー４４で反射し、光導波手段２２Ｃに入射する。
ここで光導波手段２２Ａから第１固定ミラー４２、第２固定ミラー４３を経て光導波手段２２Ｂに入射する光路の光路長と、光導波手段２２Ａから可動ミラー４０と第３固定ミラー４４と光導波手段２２Ｃに至る光路の光路長は互いに等しくなるように、第１固定ミラー４２と第２固定ミラー４３と第３固定ミラー４４の位置が選定される。
【００４７】
この実施例の構造によれば可動ミラー駆動部３０が一組で済むため可動ミラー駆動部を２組用いる光スイッチと比較して小型化することができる。更に、可動ミラー４０を光路に対して直交する方向に駆動するから、可動ミラー４０のストロークとしては原理上光ビームの上述のアイソレーション性能に影響する範囲の幅相当の距離で済むことになる。つまり、クロストークを考慮すれば光ビームのエネルギーが存する範囲に対して十分挿入或いは抜出した位置に挿抜する必要があるが、上記した特許文献１〜３に記載されている単一の可動ミラーを光ビームの軸線に対して４５度の角度で斜めに挿抜する構造の場合と比べると、可動ミラー４０の駆動ストロークは１／√２程度に小さくできる利点が得られる。
【実施例４】
【００４８】
図８に本発明の実施形態１１で提案した光スイッチの実施例を示す。図８では可動ミラー駆動部の部分は省略して示すが、現実には図１又は図７に示した可動ミラー駆動部３０により可動ミラー４０が挿入位置と抜出位置に駆動される。この実施例では入出力ポート支持部２０に支持した３つの光導波手段２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃの中の中央に位置する光導波手段２２Ｂを入力ポートとして作用させ、両側に配置した光導波手段２２Ａと２２Ｃを出力ポートとして作用させる構成とした場合を示す。
このために、光導波手段２２Ｂから出射する光束の軸線上に第１固定ミラー４２を配置し、更に、光導波手段２２Ａに結合する光束の軸線上に第２固定ミラー４３を配置する。更に、光導波手段２２Ｃの軸線上に第３固定ミラー４４を配置する。第１固定ミラー４２と第２固定ミラー４３は９０度の角度で交叉する関係にあり、第１固定ミラー４２で反射し、その反射光が第２固定ミラー４３で反射すると、その反射光の光路は第１固定ミラー４２に入射した光の光路と平行な光路となる。
【００４９】
光導波手段２２Ｂと第１固定ミラー４２との間に可動ミラー４０を挿抜させる。可動ミラー４０の反射面は光導波手段２２Ｂから出射する光束の軸線に対して４５度の角度で交叉する姿勢とされ、可動ミラーが光導波手段２２Ｂから出射する光束の光軸上に挿入されている状況では光導波手段２２Ｂから出射した光は第３固定ミラー４４側に反射される。第３の固定ミラー４４は光導波手段２２Ａ〜２２Ｃの各光軸と４５度の角度で交叉する傾斜面を有する。この結果、可動ミラー４０で反射した光が第３固定ミラー４４で反射すると、その反射光は光導波手段２２Ａ〜２２Ｃの各光軸と平行な関係となる。
【００５０】
結局のところ、この実施例では可動ミラー４０が抜出位置に存在する場合は光導波手段２２Ｂから出射した光は第１固定ミラー４２と第２固定ミラー４３で反射し、光導波手段２２Ａに入射する状態に維持される。また、可動ミラー４０が挿入位置に存在する場合は光導波手段２２Ｂから出射した光は可動ミラー４０で第３固定ミラー４４に向かって反射し、第３固定ミラー４４を経て光導波手段２２Ｃに入射する状態に切換えられる。
この発明の形態においても、光導波手段の端部２２Ｂから、２２Ａ及び２２Ｃにそれぞれ至る２つの光路の光路長は相等しく構成され、その条件を満たすように第１固定ミラー４２の入射光に対する角度等も定められる。実施例３と比較すると、２つの切換え光路について、可動ミラー４０と第１固定ミラー４２、第３固定ミラー４４と第２固定ミラー４３のそれぞれの入射角が互いに対応して対称となっていないが、入力ポートを中央の光導波手段の端部２２Ｂに選んだことで隣接するポート間での光結合で光スイッチが構成されるため、光路の絶対的な長さが実施例３よりも短縮できる有利がある。
【００５１】
この実施例では単一の可動ミラー４０と可動ミラー駆動部とによって構成できることから小型化できる利点が得られる点と、更には第１固定ミラー４２の背面側に凹部４５を形成した構造を特徴とするものである。この構造は実施形態１２で提案するものであり、その目的とするところは製造過程において、可動ミラー４０の面に反射膜を被着する際に、可動ミラー４０の両側に空間を形成しておくことにより可動ミラー４０の両面に均等な厚みの蒸着膜を形成できる点にある。
図９に凹部４５を形成しない実施例を示す。図９に示すように凹部４５が存在しない場合も、光スイッチとしては支障なく動作するが、製造過程において、可動ミラー４０とロッド３１をマイクロマシニング技術により基板１０から切り出し、可動ミラー４０の反射面となる面に蒸着等の方法で反射層を被着形成する際に、凹部４５が存在しないことにより反射ミラー４０及びロッド３１の空間に面する側の面にのみ反射層となる金属層が被着されてしまうおそれがある。図９に示す例では可動ミラー４０の本来反射面となるべき面にのみ反射層が被着されれば目的に達せられるものであるが、このように一方の面のみに厚く反射層が形成されると可動ミラーの両側に生起する膜応力に不均等が生じ、ミラーが湾曲してしまう不都合が生じる。
【００５２】
従って、図８に示すように可動ミラー４０両側を大きく開放させることにより、可動ミラー４０及びロッド３１に均等に反射膜を被着形成させることができ、光学性能を高精度に確保した光スイッチを提供することができる。尚、図２に示す実施形態でも、同趣旨で切除部４６を設け、２つの可動ミラー４０Ａ、４０Ｂについてその湾曲を防ぐ効果を得ている。可動ミラーの両側に開放する空間は、目安として、可動ミラーの垂直側面（ミラー面）の高さのほぼ１／３程度以上の距離の間隔が、そのミラー面から基板面方向に空隙として確保されていれば目的を達する。反射膜は、可動ミラーが上述の第１安定状態すなわちエッチングマスクに従う自然状態にある位置で蒸着成膜される。ここで、図２の実施例では上述の通り、各可動ミラーの抜出状態が第１安定状態に選ばれ、図８の実施例では、光反射のために位置精度が要求される挿入状態が第１安定状態に選ばれている。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明の光スイッチは光通信網における伝送路の切換えに活用される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の光スイッチの一実施例を説明するための拡大平面図。
【図２】図１の一部を拡大して示す拡大斜視図。
【図３】本発明の特徴となる可動ミラーの動作を説明するための図。
【図４】可動ミラーの他の可動方法を説明するための図。
【図５】本発明の他の特徴となる製造誤差による光軸のズレが発生しない理由を説明するための平面図。
【図６】本発明の変形実施例を説明するための拡大斜視図。
【図７】本発明の更に他の変形実施例を説明するための拡大平面図。
【図８】本発明の更に他の変形実施例を説明するための拡大平面図。
【図９】図８に示した変形実施例の更に他の変形実施例を説明するための平面図。
【符号の説明】
【００５５】
１０    基板                ３３    静電アクチュエータ
２０    入出力ポート支持部  ４０、４０Ａ、４０Ｂ    可動ミラー
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ    凹溝                      ４１Ａ、４１Ｂ    固定ミラー
２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ    光導波手段                      ４２    第１固定ミラー
２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ    ファイバ押圧バネ                ４３    第２固定ミラー
３０    可動ミラー駆動部                ４４    第３固定ミラー
３１Ａ、３１Ｂ、３１Ｃ    ロッド                          ４５    凹部
３２Ａ、３２Ｂ、３２Ｃ    ヒンジ
【図１】
2007114230.tif 000003
【図２】
2007114230.tif 000004
【図３】
2007114230.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007114230.tif 000009
【図８】
2007114230.tif 000010
【図９】
2007114230.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月28日(2006.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
前記可動ミラーは、挿抜駆動されるロッド状部材の先端に具備される板状部に反射材料を被覆して構成され、前記基板の前記第１の固定ミラーの背後には、前記ロッド状部材が挿抜駆動される軌道に面して開口する凹部を形成し、この凹部の形成により、前記ロッド状部材の少なくともその可動ミラーの両側には開放された空間が設けられていることを特徴とする請求項１１に記載される光スイッチ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の実施形態１２で提案する光スイッチは、可動ミラーは、挿抜駆動されるロッド状部材の先端に具備される板状部に反射材料を被覆して構成され、基板の第１の固定ミラーの背後には、ロッド状部材が挿抜駆動される軌道に面して開口する凹部を形成し、この凹部の形成により、前記ロッド状部材の少なくともその可動ミラーの両側には開放された空間が設けられていることを特徴とする。
本発明の実施形態１３で提案する光スイッチは、第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーは、それぞれ挿抜駆動されるロッド状部材の先端に具備される板状部に反射材料を被覆して構成され、基板の第１の可動ミラーと第２の可動ミラーとに挟まれる部位には、２つのロッド状部材が挿抜駆動される２つの軌道に面する切除部を形成し、この切除部の形成により、前記第１の可動ミラー及び前記第２の可動ミラーが各抜出された位置において、前記２つのロッド状部材の少なくとも第１の可動ミラー及び第２の可動ミラーのそれぞれの両側には開放された空間が設けられていることを特徴とする。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５２】
従って、図８に示すように可動ミラー４０両側を大きく開放させることにより、可動ミラー４０及びロッド３１に均等に反射膜を被着形成させることができ、光学性能を高精度に確保した光スイッチを提供することができる。尚、図２に示す実施形態でも、同趣旨で切除部４６を設け、２つの可動ミラー４０Ａ、４０Ｂについてその湾曲を防ぐ効果を得ている。可動ミラーの両側に開放する空間は、目安として、可動ミラーの垂直側面（ミラー面）の高さのほぼ１／３程度以上の距離の間隔が、そのミラー面から基板面方向に空隙として確保されていれば目的を達する。反射膜は、可動ミラーが上述の第１安定状態すなわちエッチングマスクに従う自然状態にある位置で蒸着成膜される。ここで、図２の実施例では上述の通り、各可動ミラーの抜出状態が第１安定状態に選ばれ、図７の実施例では、光反射のために位置精度が要求される挿入状態が第１安定状態に選ばれている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2007114230.tif 000012
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2007114230.tif 000013